DE102008064130B4

DE102008064130B4 - Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer

Info

Publication number: DE102008064130B4
Application number: DE102008064130A
Authority: DE
Inventors: Haifeng Hu; Yuanjing Li; Qingjun Zhang; Zhiqiang Chen
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: HK1135506A1; CN101471222B; CN101471222A; DE102008064130A1; US8076638B2; US20090166532A1; WO2009094828A1

Abstract

Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer, die abwechselnd angeordnete Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) und Isolierungsteile (11, 14, 17) aufweist, wobei jede Elektrode (12, 13, 15, 16, 18, 19) einen mittleren Abschnitt (7) aufweist, der maschenartig ausgebildet ist, und der zum Eingang der Driftröhre hin konvex gewölbt ist, wobei die Mitte des mittleren Abschnitts (7) der Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) ein kreisförmiges Loch (8) ist, so dass Ionen, die sich entlang der Mittelachse der Driftröhre bewegen, transparent durch die Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) hindurchtreten können.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Sicherheitsprüfungstechnologie, insbesondere auf eine Driftröhrenstruktur, die bei einer Prüfungsausrüstung zum Prüfen von Drogen und Sprengstoffen anhand einer Ionenbeweglichkeitstechnik verwendet wird.
Ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer unterscheidet verschiedene Ionen gemäß einer Tatsache, dass verschiedene Ionen in einem gleichmäßigen schwachen elektrischen Feld verschiedene Driftgeschwindigkeiten aufweisen. Das Ionenbeweglichkeitsspektrometer ist üblicherweise aus einem Probeneingabeabschnitt, einem Ionisierungsabschnitt, einem Ionengatter oder einem Ionenspeicherungsabschnitt, einer Migrationszone, einer Sammelzone, einer Erfassungsschaltung, einem Datenerfassungs- und -verarbeitungs- und -steuerabschnitt usw. gebildet.
Bei den vorhandenen Techniken wurde, um eine höhere Ionendurchlässigkeit zu erzielen, die Aufmerksamkeit bisher auf die Ionenfokussierungstechnologie gerichtet. In der US 4 855 595 A wird ein zeitlich variables elektrisches Feld beim Fokussieren verwendet. In der US 5 189 301 A werden schalenförmige Elektroden beim Fokussieren verwendet, um die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Ungünstigerweise kann eine beträchtliche Menge an Ionen an die Elektroden zerstreut werden und verschwinden. In der US 6 727 495 A ist ein zeitlich variables elektrisches Feld, für das Elektrodenlagen zu gleichen Anzahlen untergeteilt werden, wobei eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen benachbarten elektrischen Feldern von unterteilten Lagen vorliegt, mit einem linearen elektrischen Feld gekoppelt, um die Ionen zu fokussieren und somit die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Diese Technik weist den Nachteil einer komplexen Struktur und Steuerung auf. In der US 7 223 969 A wird ein Verfahren zum Abwechseln zwischen starken und schwachen statischen elektrischen Feldern beim Ionenfokussieren verwendet, um die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Wiederum führt dieses Verfahren zu einer komplexen Struktur. In der US 6 897 437 B2 werden Konus-förmige Elektroden verwendet, die sich zu einem Probeneingang hin erstreckende Abschnitte aufweisen, um ein geeignetes elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Elektroden eine mittlere Öffnung, jedoch keine Maschen einer größeren Transparenz aufweisen.
1 zeigt eine Driftröhrenstruktur im Stand der Technik. Sie umfasst eine Probeneingabeeinheit 1, einen halbdurchlässigen Film, eine Ionisierungsquelle 2, ein Ionengatter 3, eine Driftröhre 4, eine Faraday-Schale und eine Frontschaltungsanordnung 5 usw., die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Das innere elektrische Feld der Driftröhre unterliegt einer Interferenz, und die peripheren Ionen werden auf Grund dessen, dass das elektrische Feld einen ungleichmäßigen Rand aufweist, oft zerstreut und verschwinden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Driftröhrenstruktur zu liefern, die die Ionendurchlässigkeit für die Driftröhre auf einfache und effiziente Weise verbessern kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Driftröhrenstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise hat das kreisförmige Loch einen Durchmesser in der Größenordnung eines Millimeters.
Vorzugsweise ist die Peripherie der Elektroden eine Metallkonfiguration, die auf einer oder beiden Seiten Metallringe aufweist.
Vorzugsweise weist die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrode ein kleineres Mittenloch auf als die von der Faraday-Platte weit entfernten Elektroden.
Vorzugsweise ist das Isolierungsteil in einer Ringform gebildet.
Vorzugsweise sind die Elektroden in gleichem oder ungleichem Abstand koaxial angeordnet, und vorzugsweise sind Inkrement- oder Dekrementspannungen an diese angelegt.
Bei der obigen Struktur der vorliegenden Erfindung kann in der Migrationszone ein elektrisches Feld gebildet werden, das eine Peripherie einer gleichförmigen Fokussierungsmitte aufweist. Die kreisförmige Ringkonfiguration der Peripherie des elektrischen Feldes kann das elektrische Migrationsfeld vor jeglichem Einfluss äußerer elektrischer Felder abschirmen. Die Elektroden sind jeweils maschenartig und weisen in der Mitte ein kreisförmiges Loch auf, somit können sie so viele Ionen wie möglich fokussieren und einfangen, die sich nicht entlang der Mittelachse bewegen, und diejenigen Ionen, die sich entlang der Mittelachse bewegen, können auf transparente Weise durch die Elektroden hindurchtreten. Die Elektroden, die sich nahe bei der Faraday-Platte befinden, weisen kleinere Mittenlöcher auf. Diese Konfiguration ermöglicht einerseits das Hindurchtreten fokussierter Ionenstrahlen und kann andererseits die Faraday-Platte vor jeglichem Einfluss einer vorherigen Ionenbewegung an diesen Elektroden abschirmen, wodurch die Ionendurchlässigkeit drastisch erhöht wird. Da der Ionenstrahl sehr dünn ist, kann die Faraday-Platte sehr klein gestaltet sein. Dies führt zu einer verringerten Eingangskapazität der Frontschaltungsanordnung und zu weniger Leitungsrauschen.
Die obigen Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu sehen ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Schnittdiagramm einer Driftröhrenstruktur im Stand der Technik;
2 und 2A bis 2G schematische Diagramme einer Maschenelektrodenkonfiguration, die bei einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3 und 3A bis 3G schematische Diagramme einer Elektrodenkonfiguration, die zusammen mit der Maschenelektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
4 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, bei denen dasselbe Bezugszeichen, obwohl es in verschiedenen Figuren gezeigt ist, dieselbe oder eine ähnliche Komponente bezeichnet. Der Übersichtlichkeit und Einfachheit halber wird auf eine ausführliche Beschreibung bekannter Funktionen und Strukturen, die hier aufgenommen sind, verzichtet, sonst kann dadurch der Gegenstand der vorliegenden Erfindung unklar werden.
Unter Bezugnahme auf 2 sind die bei der Driftröhre des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendeten Elektroden jeweils eine Maschenmetalllage, die einen Radian- oder Verjüngungsabschnitt aufweist, der den Maschenradian- oder Verjüngungsabschnitt 7 der Elektrodenlage umfasst. Die Totzone weist sehr dünne Metallfäden auf. Die Mitte 8 der Elektrodenlage ist ein kreisförmiges Loch oder ein Loch einer beliebigen anderen Form. Die Peripherie 6 der Elektrodenlage ist eine Metallkonfiguration 9, die auf einer oder beiden Seiten kreisförmige Metallringe oder Ringe einer beliebigen anderen Form, beispielsweise quadratisch, aufweist. Die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrode muss ein kleineres Mittenloch 8 aufweisen als die von der Faraday-Platte weit entfernte Elektrode.
2A zeigt eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt keinen kreisförmigen Metallring aufweist. 2B, 2C und 2D zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt kreisförmige Metallringe aufweist. Eine derartige Elektrode ist für einen größeren Isolator geeignet. 2E, 2F und 2G zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt kreisförmige Metallringe einer großen Dicke aufweist. Eine derartige Elektrode ist für einen kleineren Isolator geeignet.
3 zeigt eine Ringelektrode, die zusammen mit der Maschenelektrode bei der Driftröhre gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Ringelektrode kann eine Peripherie mit einem oder ohne einen Abschirmmechanismus 10 aufweisen. Die Ringelektrode kann abwechselnd mit der Maschenelektrode verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit und Kosten zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 sind die Elektroden 12, 15, 18 durch die Elektroden der in 2A, 2C bzw. 2F gezeigten Formen gebildet. Die näher bei der Faraday-Platte befindlichen Elektroden 13, 16, 19 sind ebenfalls durch die Elektroden der in den 2A, 2C bzw. 2F gezeigten Formen gebildet, und jede derselben weist ein kleineres Mittenloch 8 auf. Zwischen diesen Elektroden sind die Isolatoren 11, 14, 17 zwischen zwei, benachbarten Elektroden angeordnet.

Claims

Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer, die abwechselnd angeordnete Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) und Isolierungsteile (11, 14, 17) aufweist, wobei jede Elektrode (12, 13, 15, 16, 18, 19) einen mittleren Abschnitt (7) aufweist, der maschenartig ausgebildet ist, und der zum Eingang der Driftröhre hin konvex gewölbt ist, wobei die Mitte des mittleren Abschnitts (7) der Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) ein kreisförmiges Loch (8) ist, so dass Ionen, die sich entlang der Mittelachse der Driftröhre bewegen, transparent durch die Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) hindurchtreten können.
Driftröhrenstruktur gemäß Anspruch 1, bei der die Peripherie (6) der Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) eine Metallkonfiguration (9) ist, die auf einer oder beiden Seiten Metallringe aufweist.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der eine Faraday-Platte vorgesehen ist, und die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrode (13, 16, 19) ein kleineres Mittenloch (8) aufweist als die von der Faraday-Platte weit entfernten Elektroden (12, 15, 18).
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Isolierungsteile (11, 14, 17) in einer Ringform gebildet sind.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Elektroden (12, 13, 15, 16, 18, 19) koaxial angeordnet und Inkremental- oder Dekrementalspannungen an dieselben angelegt sind.